微服務治理

Spring Cloud 工具套件為微服務治理提供了全面的技術(shù)支持。這些治理工具主要包括服務的注冊與發(fā)現(xiàn)、負載均衡管理、動態(tài)路由、服務降級和故障轉(zhuǎn)移、鏈路跟蹤、服務監(jiān)控等。微服務治理的主要功能組件如下：

注冊管理服務組件Eureka,提供服務注冊和發(fā)現(xiàn)的功能。
負載均衡服務組件Ribbon,提供負載均衡調(diào)度管理的功能。
邊緣代理服務組件Zuul，提供網(wǎng)關(guān)服務和動態(tài)路由的功能。
斷路器組件Hystrix,提供容錯機制、服務降級、故障轉(zhuǎn)移等功能。
聚合服務事件流組件Turbine，可用來監(jiān)控集群中服務的運行情況。
日志收集組件Sleuth,通過日志收集提供對服務間調(diào)用進行跟蹤管理的功能。
配置管理服務組件Config,提供統(tǒng)一的配置管理服務功能。

有關(guān)這些組件的工作原理，我們可以通過一一個服務調(diào)用序列圖進行說明，如圖5-1 所示。

在這個序列圖中，Eureka 管理每個注冊的微服務實例，并為其建立元數(shù)據(jù)列表。當一個服務消費者需要調(diào)用微服務時，Ribbon將依據(jù)微服務的實例列表實行負載均衡調(diào)度。這種調(diào)度默認使用輪詢算法，從實例列表中取出一一個可用的實例，然后Zuul依據(jù)實例的元數(shù)據(jù),對服務進行路由。在路由的過程中,Hystrix會檢查這個微服務實例的斷路器狀態(tài)。如果斷路器處于閉合狀態(tài)，則提供正常的服務;如果斷路器處打開狀態(tài)，則說明服務已經(jīng)出現(xiàn)故障，Hystrix 將根據(jù)實例的配置情況進行故障轉(zhuǎn)移、服務降級等。

此外，其他一些組件也對微服務的治理起到一定的輔助作用。例如，Turbine可以對微服務的斷路器實現(xiàn)全面監(jiān)控，Config可以構(gòu)建-一個在線更新的配置管理中心，Sleuth和Zipkin結(jié)合使用可以組建一個跟蹤服務器，等等。通過這些組件和服務的使用，可進一步加大微服務治理的力度。

鑒于在新版本的Spring Cloud中，Eureka 已經(jīng)不再更新，所以這里使用一個功能更加強大的，由第三方提供的Consul來創(chuàng)建注冊中心。當然，這個注冊中心在Spring Cloud工具集中，同樣提供了對相關(guān)組件的支持。

使用 Consul 創(chuàng)建注冊中心

Consul?是一個功能非常強大，性能相當穩(wěn)定的注冊中心，而且還包了統(tǒng)?配置管理功能。另外，它在?Docker 中運行和搭建集群時，更加容易整合。

Consul 的安裝并不復雜，?讀者可從 Consul 官網(wǎng)中根據(jù)自己使用的操作系統(tǒng)，選擇相關(guān)的版本進行下載。下載解壓縮后?，可以使用如下指令用開發(fā)模式啟動

consul agent -dev

啟動后即可通過瀏覽器打開其控制臺，鏈接地址如下：

http:l/localhost:8500

如能看到如圖 5-2?示的圖?，則說明注冊中心已經(jīng)啟動就緒 Consul 默認的服務端口為8500 ，控制臺管理和服務接入都使用這一端口。

為了能夠?qū)⑴渲眯畔⒈４嬖诖疟P文件中，這里使用了類似于生產(chǎn)環(huán)境中的啟動參數(shù)，如下所示：

consul agent - server - bind=127 . 0 . 0.l - client=0.0.0 . 0 -bootstrap-expect=3-data-dir=/Users/apple/consul_data/application/data/- node=server

這些配置參數(shù)的意義如下。

-server?表示以服務端身份啟動。
-bind?表示綁定到哪個地址（有些服務器會綁定多塊網(wǎng)卡，可以通過?bind?參數(shù)強制指定綁定的地址）
?-client ：指定客戶端訪問的地址（ Consul?有豐富的 AP 接口，這里的客戶端指的是瀏覽器或調(diào)用方）?'?0.0 0.0?表示不限客戶端地址。
-bootstrap?expect=3 ：表示 Serv 集群最低節(jié)點數(shù)為，低于這個值將無法正常工作（注：ZooKeeper?類似，通常集群數(shù)為奇數(shù)，以方便選舉。?onsul?采用的是 Raft 算法）。如果不使用集群，則可以設(shè)置為1.
-d?ata-d?表示指定數(shù)據(jù)的存放目錄（該目錄必須存在）。
-node?表示節(jié)點在 We?中顯示的名稱。

其中，?data-dir 可以設(shè)置配置信息保存的地址，可以根據(jù)所使用的機器設(shè)備輸入一個已經(jīng)存在的目錄路徑。

服務注冊與發(fā)現(xiàn)

微服務在 Consul?中進行注冊后，就能夠被其他服務發(fā)現(xiàn)了。有關(guān)服務注冊的過程，主要需要完成以下步驟。

1. 儂賴引用

引用與 Co?ul?相關(guān)的服務發(fā)現(xiàn)和配置管理依賴包，代碼如下所示：

<dependency>
<groupid>org . springframework . cloudgroupid>
<artifactid>spring-cloud-starter co sul discoveryartifactid>
dependency>
<dependency>
<group d>org spri gframework cloudgroupid>
<artifactid>spri ng-cloud-starter- consul- configartifactid>
dependency>

其中，?discovery?組件提供了服務注冊與發(fā)現(xiàn)的功能，?onfig?組件是遠程配置管理工具。

2. 連接設(shè)置

連接注冊中的配置，在配置文件?boot tr p. yml?中進行設(shè)定，這個配置文件將在系統(tǒng)加載Application.yml?之前被加載，代碼如下所示：

spring :
cloud :
consul :
host : 127.0 . 0 . 1
port : 8500
discovery :
serviceName : ${spring . application . name}
healthCheckPath : /actuator/health
healthCheckinterval : 15s
tags :
urlprefix-/${spr ng application . name}
ins tance Id :
${spring . application . name} : ${vcap.application.instance id ♀｛ spr ng applicati
on . instance id ♀｛ random value}}}

在上面的配置中?host port 根據(jù)實際情況進行設(shè)定，其他參數(shù)無須更改。?serviceName是微服務的名稱，它所用的變量需要在配置文件中進行設(shè)定，代碼如下所示：

s pri ng :
application :
name : catalogapi

即把微服務的名稱定義為?logapi?。這樣，當其?服務程序需要對這個微服務進行調(diào)用時，使用這個名稱進行調(diào)用即可。因而在一個注冊中心中，微服務的名稱必須具有唯一性。

3.注冊激活

在微服務應用的主程序中增加一個注解@EnableDiscoveryClien，即可激活服務注冊與發(fā)現(xiàn)的功能，代碼如下所示:
@SpringBootApplication
@EnableDiscoveryClient
public class SortsRestApiApplication {
public static void main(String[) args) {
SpringApplication.run(SortsRestApiApplication.class, args);
}
}

當完成上述步驟之后，啟動微服務，即可在Consul的控制臺上看到已經(jīng)注冊的微服務，如圖5-3所示。

從圖5-3中可以看出，除了consul服務本身，還有一一個catalogapi 服務，這就是成功注冊的微服務。單擊catalogapi右邊的相關(guān)條款，還可以看到這個微服務健康狀態(tài)相關(guān)的詳細數(shù)據(jù)。

統(tǒng)一配置管理

在Consul上可以使用配置管理的功能，并且它還支持YAML的格式，配置的功能十分強大。另外，還可以將配置信息保存在磁盤文件中。

想要啟用配置管理的功能，就需要在微服務的配置文件bootstrap.yml中增加如下所示的設(shè)置:

spring：
cloud:
consul :
config:
enabled: true? ?#默認是true
format: YAML? ?#表示Consul. 上面文件的格式
data-key: data? ?#表示Consul上面的KEY值(或者說文件的名字)，默認是data
defaultContext: ${ spring . application. name }?

這樣，在微服務啟動時，就最先從Consul中讀取配置。

我們可以為每個微服務配置一些獨立的參數(shù)，例如，數(shù)據(jù)源配置等。圖5-4是針對微服務catalogapi的數(shù)據(jù)源配置。

最終，一個連接 Consul 的完整配置如下所示：

spring:
appl ication:
name: catalogapi
cloud:
consul :
host: 127.0.0.1
port: 8500
discovery:
serviceName: ${spr ing. application. name}
heal thCheckPath: /actuator/health
healthCheckInterval: 15s
tags: urlprefix-/$ {spring . application. name }
instanceId:
$ { spring.application.name} :${vcap.application. instance id:$ {spring. application. instance_ id:$ {random. value}} }
#配置中心
config:
enabled: true  #默認是true
format: YAML  #表示Consul.上面文件的格式有四種: YAML、PROPERTIES、KEY-VALUE
#和FILES
data-key: data  #表示Consul上面的KEY值(或者說文件的名字)默認是data
de faultContext: $ { spring . application. name }

合理發(fā)揮斷路器的作用

在微服務的相互調(diào)用中，為了提高微服務的高可用性，有時我們會啟用斷路器功能。斷路器就像電路的跳閘開關(guān)一樣，當負載過載時切斷電路，轉(zhuǎn)為降級調(diào)用或執(zhí)行故障轉(zhuǎn)移操作。當負載釋放時，再提供正常訪問功能。

經(jīng)過多次測試，我們對啟用斷路器功能的應用使用了下列配置，在高可用和高性能之間進行了一個折中設(shè)置:

#是否開啟斷路器(false)
feign.hystrix. enabled: true
#是否失敗重試(true)
spring.cloud. loadbalancer. retry .enabled: true
#斷路器超時配置(true)
hystrix. command. default. execution. timeout. enabled: true
#斷路器的超時時間需要大于ribbon的超時時間，否則不會觸發(fā)重試
(>ConnectT imeout+ReadTimeout)
hystrix. command . de fault. execution. isolation. thread. timeoutInMilliseconds:
19000
#并發(fā)執(zhí)行的最大線程數(shù)(10)
hystrix. threadpool .default.coreSize: 500
#負載超時配置
ribbon. ConnectTimeout: 3000
r ibbon. ReadTimeout: 15000
#對所有操作請求都進行重試
r ibbon. OkToRetryOnAllOperations: true
#切換實例的重試次數(shù)
r ibbon. MaxAutoRetriesNextServer: 1
#對當前實例的重試次數(shù)
ribbon.MaxAutoRetries: 0

這個配置有兩點需要注意:

(1)斷路器的超時時間必須大于負載配置中的超時時間之和,例如，在上面的配置中，19000> 3000 + 15000。

(2)并發(fā)執(zhí)行的最大線程數(shù)默認為10個，這遠遠不夠，所以這里設(shè)置為500個。讀者可以根據(jù)服務器的CPU頻率和個數(shù)酌情設(shè)定。

當然，對于一個微服務來說，只有不啟用斷路器功能，其性能才是最優(yōu)的。

如何實現(xiàn)有效的監(jiān)控

通過使用Spring Cloud工具套件提供的功能，結(jié)合第三方提供的工具，我們可以對所有微服務的運行情況進行更加有效的監(jiān)控，從而為微服務提供更加安全可靠的保障。

針對這些工具的使用，我們只需引用相關(guān)的工具組件，增加一-點簡單的設(shè)計，并進行相關(guān)的配置，就可以使用其強大的功能。

服務健康狀態(tài)監(jiān)控

這里使用一個優(yōu)秀的第三方管理工具Spring Boot Admin實現(xiàn)服務的健康狀態(tài)監(jiān)控和告警。

這一部分的內(nèi)容在項目的base-admin模塊中，首先引用其工具組件的依賴，代碼如下所示:


<groupid>de . codecentricgroupid>
<artifactid>spring-boot- adrnin - starter-serverartifactid>
<versio口＞ 1.0version>
dependency>

該工具還提供了管理控制臺訪問控制功能及其WebUI設(shè)計，所以我們只需結(jié)合使用Spring的安全組件，增加一個安全管理配置，就可以啟用這些功能。這個配置的核心代碼如下所示:

@Override
protected void configure (HttpSecurity http) throws Exception {
SavedRequestAwareAuthenticationSuccessHandler successHandler = new
SavedRequestAwareAuthent icationSuccessHandler() ;
successHandler . setTargetUrlParameter ("redi rectTo") ;
http. authorizeRequests ()
. antMatchers ("/assets/**") .permitAll ()
. antMatchers (" /actuator/**") .permitAll ()
. antMatchers ("/ login") .permitAll ()
. anyRequest () . authenticated()
.and()
. formLogin() .loginPage ("/login") . successHandler (successHandler) .and()
logout () . logoutUrl (" /logout") .and()
. httpBasic() .and()
.csrf() .disable() ;
}

在上面的代碼中,主要是對一-些鏈接進行授權(quán)，同時在登錄頁面設(shè)置中使用loginPage頁面。loginPage頁面將使用由Spring Boot Admin提供的WebUI設(shè)計，運行效果如圖5-5所示。

圖5-5中的用戶名和密碼，使用了簡單實現(xiàn)的策略設(shè)計，可以直接在配置文件中進行設(shè)置。

SpringBootAdmin是通過注冊中心對微服務進行監(jiān)控的，所以它本身也需要接入注冊中心，而所有受監(jiān)控的服務都無須進行設(shè)計。為了能夠提供完整的狀態(tài)數(shù)據(jù)，我們需在配置文件中增加如下所示的配置:

management :
e ndpoints :
web :
exposure :
include :”* ”
e ndpoi nt :
health:
show- details: ALWAYS

登錄Sping Boot Admin控制臺，就可以看到所有在注冊中心中注冊的微服務的運行情況，以及相關(guān)的一些健康數(shù)據(jù)，如線程數(shù)、內(nèi)存使用情況等。Sping Boot Admin本身的運行狀態(tài)及相關(guān)健康數(shù)據(jù)如圖5-6所示。

重大故障告警

SpringBootAdmin還可以對其監(jiān)控的服務提供告警功能，當出現(xiàn)重大故障，如服務宕機時，可以及時以郵件方式通知運維人員。

想要實現(xiàn)這個功能，就必須結(jié)合使用Spring Boot Mail組件。在配置文件中使用如下所示的配置，啟動Spring Boot Admin的郵件通知功能:

spring :
boot:
admin:
notify:
mail:
to : devops@ai.com
from : usercenter@ai . com

上面設(shè)置的郵箱地址必須是有效的，同時還要配置SpingBootMail郵件的收發(fā)功能。這樣，當微服務重啟或宕機時，運維人員就可以收到來自Spring Boot Admin的告警通知郵件了。

斷路器儀表盤

base- microservice項目工程的base-hystrix 模塊是- - 個斷路器儀表盤設(shè)計。

斷路器儀表盤是Spring Cloud工具套件中的一一個組件，為了使用這個功能組件，我們需要引用如下所示的工具包：

<dependenc s>
<dependency>
<groupid>org .springframework.cloudgroupid>
<artifactid>spring- cloud- starter- netflix- hystrix-dashboardartifactid>
dependency>
dependencies>

單獨的斷路器儀表盤應用程序，不用接入注冊中心，只需在主程序中增加如下所示代碼即可使用：

@SpringBootApplication
@Controller
@EnableHystrixDashboard
public class HystrixApplication {
@RequestMapping (” / ” )
public String home() {
return ” forward : /hystrix ” ；
}
...
}

啟動斷路器儀表盤應用程序之后，通過下面鏈接打開瀏覽器，即可看到如圖 5-7 所示的控制臺主頁：

http://localhost : 7979

在控制臺中，我們輸入一個如下所示的需要監(jiān)控的服務鏈接地址和端口號，并加上hytrix.stream字符串，單擊Monitor Stream按鈕，即可對相關(guān)微服務實行監(jiān)控:

http:/ / localhost: 8091/hystrix. stream

如果所監(jiān)控的服務有請求發(fā)生，就可以看到如圖5-8所示的情況。

這只是針對單獨一個微服務進行的監(jiān)控，所以在實際中作用不是很大，只可以為進行性能測試提供一些參考數(shù)據(jù)。

如果使用Turbine組件，就可以實現(xiàn)對一-組服務進行監(jiān)控。這種聚合服務的斷路器儀表盤設(shè)計，在項目工程的base-turbine模塊中。這里增加了對Turbine組件的引用，同時將這一-服務接入注冊中心之中，這樣，即可在配置文件中指定需要監(jiān)控的服務了，如下所示:

turbine:
appConfig: catalogapi, catalogweb
aggregator:
clusterConfig: default
clusterNameExpression: new String ("default")

在這個配置中，我們只對catalogapi和catalogweb兩個微服務實施了監(jiān)控。這樣，在啟動應用之后，在首頁控制臺中輸入這個應用的鏈接地址和端口號，同時在后面加上turbine.stream字符串，即可開啟聚合服務的斷路器儀表盤了。

http: / /localhost:8989/ turbine .stream

如圖5-9所示，是聚合服務斷路器儀表盤的一一個監(jiān)控實例的情況。

Zipkin 鏈路跟蹤

使用Zipkin可以實現(xiàn)對微服務的鏈路跟蹤功能。Zipkin 是一一個開放源代碼的分布式鏈路跟蹤系統(tǒng)，每個服務都向Zipkin發(fā)送實時數(shù)據(jù), Zipkin 會根據(jù)調(diào)用關(guān)系通過Zipkin UI生成依賴關(guān)系圖。

Zipkin提供的數(shù)據(jù)存儲方式有In-Memory、MySQL Cassandra 和Elasticsearch等。

Zipkin用Trace結(jié)構(gòu)表示對一次請求的追蹤,同時又把每個Trace拆分為若干個有依賴關(guān)系的Span。在微服務應用中,一次用戶請求可能由后臺若干個微服務負責處理，而每個處理請求的微服務就可以理解為一個Span。

從網(wǎng)上下載一個可運行的zipkin-server的jar包，創(chuàng)建Zipkin服務。

下載成功后，在Java環(huán)境中使用下列指令運行(要求JDK的版本為1.7 及以上) :

java -jar zipkin-server-*.jar --logging.level. zipkin2=INFO

Zipkin默認使用的端口號為9411,在程序啟動成功之后，通過瀏覽器使用如下鏈接可以打開其控制臺:

http:// localhost:9411/

控制臺的初次打開界面如圖5-10所示。

在一個微服務應用中，可以通過以下步驟加入鏈路跟蹤功能。

(1)引用Spring Cloud工具套件中支持Zipkin 的組件，代碼如下所示:


<dependency>
<groupId>org. springframework.cloudgroupId>
<arti factId>spring-cloud-starter-zipkinartifactId>
dependency>

(2)在配置文件中增加如下所示的配置項:

#鏈路跟蹤
| spring:
sleuth:
sampler :
probability: 1.0
zipkin:
sender :
type: web :
base-url: http://localhost:9411/

經(jīng)上述配置之后，如果服務中有請求發(fā)生，那么就可以在Zipkin的控制臺中看到相關(guān)服務的調(diào)用記錄，如調(diào)用過程中涉及的方法、服務之間的依賴關(guān)系等，如圖5-11、圖5-12和圖5-13所示。

這里我們沒有保存Zipkin的跟蹤數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)的傳輸也只是簡單地使用了Web方式，因此只能在開發(fā)時測試使用。在實際應用中，可以將跟蹤數(shù)據(jù)保存在Elasticsearch中，同時數(shù)據(jù):

傳輸也可以使用異步消息通信實現(xiàn)。當數(shù)據(jù)保存在Elasticsearch 中時，默認以天為單位進行分割，這樣將造成Zipkin 的依賴信息無法正常顯示。這時，需要使用另一個開源工具包zipkin-dependencies進行計算。打開GitHub官網(wǎng)，搜索zipkin-dependencies，下載后即可使用。

因為這個工具包在執(zhí)行一次計算之后就會自動關(guān)閉，所以讀者需要根據(jù)實際情況，設(shè)定為固定時間間隔執(zhí)行一次。

?ELK日志分析平臺

除可以對微服務的運行和相互調(diào)用進行監(jiān)控和跟蹤外，微服務的輸出日志也是故障分析中最直接的入口和切實依據(jù)。但是到每個微服務的控制臺上去查看日志是很不方便的，特別是微服務，不僅使用Docker發(fā)布，并且還分布在很多不同的服務器上，所以這里將使用一個日志分析平臺，將所有微服務的日志收集起來，進行集中管理，并且提供統(tǒng)一的管理平臺進行查詢和分析。

創(chuàng)建日志分析平臺

日志分析平臺ELK 是由Elasticsearch、 Logstash 和Kibana 三個服務組成的。其中，Elasticsearch負責日志存儲并提供搜索功能，Logstash 負責日志收集，Kibana 提供Web查詢操作界面。這三個服務都是開源的，可以使用Docker進行安裝。

使用日志分析平臺

在微服務工程中增加如下所示的依賴引用，即可在應用中使用日志分析平臺提供的日志收集功能:


<dependency>
<groupId>net. logstash. logbackgroupId>
<artifactId> logstash- logback-encoderartifactId>
<version>4. 10version>
dependency>

在應用中增加一個“l(fā)ogback.xm1”配置文件，內(nèi)容如下所示:

xm1 version="1.0" encoding="UTF-8"?>
| <configuration>
<property name="LOG_ HOME" value="/logs" />
<appender name=" STDOUT" class="ch. qos. logback. core. ConsoleAppender">
<encoder charset="UTF-8">
<pattern>ad{yyyy-MM-dd HH :mm:ss.Sss} [8thread] 8-5level glogger{50}
- 8msg&npattern>
encoder>
appender>
<appender name="stash"
class="net. logstash. logback. appender . LogstashTcpSocketAppender">
<destination>192. 168.1.28: 5000destination>
<encoder charset="UTF-8"
class= "net. logstash. logback. encoder . LogstashEncoder" />
appender>
<appender name="async" class="ch. qos. logback. classic.AsyncAppender">
<appender-ref ref="stash" />
appender>

<root level="info">
<appender-ref ref="STDOUT" />


root>
configuration>

在上面的配置中，“ stash”配置就是連接日志分析平臺的設(shè)置。在這個配置中，假設(shè)日志收集服務器的IP地址為“192.168.1.28” ，讀者可以根據(jù)實際情況進行設(shè)定。

在應用啟動之后，即可通過下列鏈接打開Kibana 日志查詢控制臺:

http://192.168.1.28:5601

在日志查詢控制臺中，可以查詢每個應用的日志輸出，如圖5-14所示。

小結(jié)

本章首先講述了注冊中心的創(chuàng)建，以及微服務的注冊與配置。然后，以注冊中心為基礎(chǔ)，通過健康監(jiān)控、服務告警、斷路器儀表盤和鏈路跟蹤等功能的實施，說明如何對微服務進行有效監(jiān)控。同時，結(jié)合日志分析平臺的使用，對所有運行的微服務應用進行全面而有效的治理。

后續(xù)的微服務的開發(fā)和實施將在這個微服務治理環(huán)境的基礎(chǔ)上進行，而涉及有關(guān)服務治理的引用和配置將不再做特別說明。

本文給大家講解的內(nèi)容是SpringCloud微服務架構(gòu)實戰(zhàn)：微服務治理

下篇文章給大家講解的是SpringCloud微服務架構(gòu)實戰(zhàn)：類目管理微服務開發(fā)；
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